Оптимизация работы циклонных теплообменников

Важнейшими условиями эффективной работы циклонных теплообменников являются:

• пониженное газодинамическое сопротивление циклонов;

• высокая степень осаждения в циклонах (КПД);

• практическое отсутствие подсосов холодного воздуха в системе;

• завершённый теплообмен между газом и материалом в газоходах;

• отсутствие провалов материала вниз навстречу восходящему газовому потоку в трубопроводах;

• минимальные потоки газа из нижних циклонов в верхние через выгрузочные течки.

Влияние степени очистки циклонов на расход тепла

Степень очистки (КПД) циклонов оказывает влияние на удельный расход тепла, причем наибольшее – в верхних ступенях (рис. 28).

Это обусловлено тем, что при низком КПД нижних циклонов возникает дополнительная циркуляция материала внутри системы с незначительным выносом тепла за пределы теплообменников.

Рис. 28. Влияние степени очистки циклонов на теоретически-расчетный удельный расход тепла: I, II, III, IV, V – ступени циклонов

Если же наблюдается низкий КПД в верхней I-ой ступени, то нагретая мука с температурой ~ 300ºС выносится за пределы тепловой системы, где она охлаждается до 30…50ºС и при повторном нагреве потребуется восполнить потерянное тепло. Вследствие этого рекомендуется увеличивать КПД циклонов от нижних к верхним. Согласно данным фирмы KHD, степень осаждения циклонов по отдельным ступеням равна: I-ой – 96%, II-ой – 90%, III-ей – 85%, IV и V -ой – 80%. Высокая степень очистки 1 ступени обеспечивается спаренными циклонами меньшего диаметра. Это обусловлено тем, что центробежная сила F, определяющая выделение пыли из потока в циклоне, согласно уравнению

обратно пропорциональна радиусу циклона R.

4.3. Влияние подсосов холодного воздуха на расход тепла

Подсосы холодного воздуха. Необходимо еще раз подчеркнуть, что главные усилия по совершенствованию запечной системы следует направить на устранение подсосов. Теоретически – расчетная зависимость удельного расхода тепла от подсосов по ступеням запечных теплообменников свидетельствует, что эффективность от устранения подсосов увеличивается от верхних ступеней к нижним.

Так, например, если подсосы воздуха по запечным теплообменникам составляют 60 %, и все они наблюдаются ниже IV-го циклона, т.е. на обрезе печи и в декарбонизаторе, то увеличение расхода тепла на кг клинкера составит D = 750 кДж. Если эти же подсосы проявятся в I-ой ступени, то эта величина будет всего D = 100 кДж, т.е. в 7,5 раз меньше.

Движение газовых потоков из нижнего в верхний циклон через разгрузочные течки предотвращается отлаженной работой маятниковых затворов. Контроль осуществляется по их подвижности (рис.29).

Рис. 29. Клапанные короба на трубопроводах сырьевой муки

4.4. Материальный и тепловой балансы печной системы сухого способа

Материальный баланс, свидетельствует, что для производства 1 тонны клинкера расходуются около 1,6 т сырья, 0,1 т топлива и 2,5 т воздуха. При этом выбрасываются в атмосферу до 2 т отходящих газов и 1,4 т нагретого воздуха.

Тепловой баланс печной системы сухого способа приведены ниже (табл.).

Таблица

Тепловой баланс печи сухом способе в кДж/кг клинкера

Расход тепла		Уравнения для расчета			Ориентировочные значения
1. На клинкерообразования		qтк = qдег + qдек - qэр			100 + 2000 – 400 = 1700
2. На испарение воды		qw = rпар · mw			2450 · 0,016 ≈ 40
3. С отходящими газами		qог = Vог · cог · tог			1,4 · 1,35 · 310 ≈ 600
4. В окружающую среду		qос = αто · fп · Δtп-в			0,03 · 90 · 100 ≈ 270
5. При охлаждении клинкера: - с клинкером		qкл = mкл · cкл · tкл			1 · 1 · 100 = 100
- с избыточным воздухом		qвиз = Vвиз · cвиз · tвиз			0,92 · 1,3 · 250 ≈ 300
Итого	qрасх = qтк + qw + qог + qос + qкл + qвиз			1700+40+600+270+100+300 ≈ 3040
Приход тепла с материалом и воздухом				qприх		110
Итого теплота сгорания топлива			qтг = qрасх – qприх			3040 – 110 = 2930

Естественно, что теплота клинкерообразования не зависит от способа производства, поэтому эта величина совпадает с данными мокрого производства клинкера. Остальные расходные статьи отличаются значительно. В целом тепловой баланс свидетельствует, что в современных печных системах сухого способа с 5-ю ступенчатым циклонным теплообменником и декарбонизатором на обжиг 1 кг требуется около 3040 кДж. С учетом поступления тепла в систему с материалом и воздухом, которое может составлять около 110 кДж/кг, тогда расход тепла от сгорания топлива будет 2930 кДж/кг или 700 ккал/кг, что соответствует 100 кг условного топлива на тонну клинкера.